Über 1,3 Milliarde Autos sind derzeit auf der Erde unterwegs, schätzen Branchendienste. Und täglich kommen etliche Hundert hinzu. Betrieben werden die meisten mit Wärmekraftmaschinen, durch die Verbrennung von Benzin und Dieselkraftstoff auf Erdölbasis. Der Anteil der Elektroautos am Gesamtbestand ist noch verschwindend gering. Mit einer Batterie oder einer mit Wasserstoff gefütterten Brennstoffzelle waren Ende vergangenen Jahres erst 10,9 Millionen Autos unterwegs. Seitdem steigt die Zahl der Stromer zwar auch auf unseren Straßen rasant – rund ein Fünftel der Neuzulassungen in Deutschland hatten im abgelaufenen November einen Elektroantrieb.

Doch bis der komplette Fahrzeugbestand elektrifiziert und damit dekarbonisiert sein wird, werden selbst hierzulande noch Jahrzehnte vergehen. Die neue Bundesregierung hat sich zwar das ehrgeizige Ziel gesetzt, bis 2030 rund 15 Millionen Elektroautos auf die Straße zu bringen. Doch aktuell fahren dort erst rund 550.000 reine Batterieautos herum und noch einmal 450.000 Teilzeitstromer – Autos mit einem wiederaufladbarem Hybridantrieb, die zumindest noch bei Überlandfahrten einen Verbrennungsmotor betreiben und Kohlendioxid in die Luft blasen.

Synthetische Kraftstoffe, die mithilfe Erneuerbarer Energien klimaneutral aus Luft und Wasser erzeugt und konventionell erzeugtem Benzin und Diesel beigemischt werden, könnten da eine Brücke in die Zukunft bauen. „Mit Power-to-X-Kraftstoffen, den so genannten grünen eFuels, haben wir die Möglichkeit, den Antrieb sofort nahezu CO₂-neutral zu machen. Das ist technisch möglich und auch industriell skalierbar“, plädierte Porsche-Technikvorstand Michael Steiner kürzlich in einem Interview mit EDISON.

130.000 Liter aus Chile für den Motorsport

Porsche ist der Autohersteller, der im Bereich der alternativen Kraftstoffe am kräftigsten Gas gibt. Dabei geht es nach Aussagen von Baureihenleiter Frank-Steffen Walliser nicht allein darum, die Markenikone Porsche 911 so lange als möglich ohne Elektromotor am Leben zu erhalten, sondern den Kraftstoff für die Flotte der Bestandsfahrzeuge zu sichern: Nach Angaben des Unternehmens werden schätzungsweise 70 Prozent aller jemals gebauten Porsche von ihren stolzen Besitzern immer noch gefahren.

Derzeit errichten die Zuffenhausener zusammen mit Siemens Energy im windumtosten Punta Arenas in Chile mit einer Reihe von Kooperationspartnern eine Pilotanlage zur Herstellung nahezu CO₂-neutralen Kraftstoffs. Bereits im kommenden Jahr sollen dort rund 130.000 Liter E-Fuel erzeugt, nach Europa verschifft und dort unter anderem im Motorsport eingesetzt werden. In zwei Stufen soll die Kapazität der Anlage dann bis 2024 auf rund 55 Millionen Liter und bis 2026 auf rund 550 Millionen Liter erweitert werden.

Weniger Partikel, weniger NOx – und kein CO2

„Ich freue mich, dass wir zusammen mit starken internationalen Partnern aus Wirtschaft und Politik bei diesem internationalen Leuchtturmprojekt für die Wasserstoff-Ökonomie vorankommen“, sagt Armin Schnettler, EVP New Energy Business bei Siemens Energy. „Mit ‚Haru Oni‘ bringen wir unsere Power-to-X-Technologien auf den Weltmarkt: Wir entwickeln und realisieren gemeinsam die weltweit erste integrierte und kommerzielle Großanlage zur Herstellung synthetischer, klimaneutraler Kraftstoffe.“ Porsche will damit 2030 zumindest bilanziell CO₂-neutral sein. Erste Tests mit den Erneuerbaren Kraftstoffen sind in Zuffenhausen bereits erfolgreich abgeschlosen worden – ohne dass dafür die Motoren speziell umgerüstet werden mussten. „Wir sehen weniger Partikel, weniger NOx – es geht in die richtige Richtung“, sagt Walliser, der bei Porsche die Sportwagen-Projekte leitet, kürzlich in einem Interview mit der britischen Fachzeitschrift „Autocar“.

Das Europäische Umweltinstitut Transport & Environment hat allerdings bei eigenen Fahrtversuchen festgestellt, dass ein mit e-Fuel betriebenes Auto dreimal so viel Kohlenmomoxid sowie zweimal so viel Ammoniak ausstoßen kann wie ein Fahrzeug, das konventionelles E-10 Benzin tankt. Und auch wenn der Partikelausstoß signifikant sinke, würden bei der Verbrennung von E-Fuels immer noch pro Kilometer Fahrstrecke Milliarden gesundheitsgefährdender Mikro-Teilchen in die Luft geblasen. Ganz so einfach ist es wohl nicht.

Doch die Schwaben sind nicht die einzigen, die an alternativen Kraftstoffen forschen. Schon vor bald 100 Jahren entwickelte die I.G. Farben das sogenannte Leuna-Benzin, einen Kraftstoff, der ab 1927 in sogenannten Hydrierwerken per Hochdruck-Synthese aus Kohle hergestellt wurde. Das Ziel war, mit dem Ersatzstoff die Abhängigkeit des Landes von Erdöl-Importen zu verringern. Um das Klima scherte sich damals noch kaum jemand.

Audi forscht weiter an E-Kraftstoffen

Trotz des hohen energetischen Aufwands ist die Kohleverflüssigung nach dem Prinzip der Fischer-Tropsch-Synthese auch heute noch in den USA und China im Einsatz. Mittlerweile rückt aber auch dort die Elektromobilität immer mehr in den Fokus und man könnte meinen, dass damit synthetische Kraftstoffe obsolet würden. Doch das Gegenteil scheint der Fall zu sein.

„Aktuelle Studien belegen, dass neben einer forcierten Elektrifizierung große Mengen an Wasserstoff und synthetischen Kohlenwasserstoffen notwendig sind, um aus dem fossilen Zeitalter auszusteigen und die Klimaziele zu erreichen.“, erklärt Reiner Mangold, Leiter „Nachhaltige Produktentwicklung“ bei Audi. Der Ingolstädter Autobauer verfolgt weiterhin die Entwicklung von E-Kraftstoffen und auch E-Gas. Letzteres auch weiterhin, obwohl sich der Volkswagen-Konzern von den mit Erdgas (CNG) betriebenen Motoren verabschieden will – die so genannten g-tron-Ausführungen des Audi A4 oder Audi A3 sind bereits nicht mehr bestellbar.

Ein Problem bleibt der energetische Aufwand, um synthetische Kraftstoffe herzustellen, und damit die Kosten nach wie vor vergleichsweise hoch. Das ist auch den Experten der Initiative Agora Verkehrswende in Berlin ein Dorn im Auge. Aus ihrer Sicht sind die E-Fuels zum einen nur dann eine sinnvolle Alternative, wenn sie zu 100 Prozent aus Erneuerbaren Energien gewonnen werden. Und auch dann sei deren Produktion aufgrund des hohen Primärenergieverbrauchs alles andere als effizient. Eingesetzt sollten sie deshalb nur dort, wo sie derzeit alternativlos sind – etwa im Flugverkehr.

Die Verfechter der alternativen Kraftstoffe halten dagegen, dass der Strom für die Erzeugung der E-Fuels aus regenerativen Quellen gewonnen wird und die ambitionierten CO2-Reduktionsziele im Straßenverkehr nur mit einem Erdöl-Substitut zu erreichen sind. Und da Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren noch einige Jahre das Rückgrat der Mobilität bilden, seien alternative Kraftstoffe vonnöten.

Kraftstoff aus der Luft

Geforscht wird auf allen Kontinenten. „Carbon Engineering“ aus Kanada etwa stellt bereits synthetischen Kraftstoff her, indem es Kohlendioxid (CO2) mit Wasserstoff verbindet. Harvard-Professor und Carbon Engineering Co-Gründer David Keith rechnet vor, dass bei einer industriellen Herstellung des „Air to Fuels“-Kraftstoffs etwa eine Million Tonnen CO2 mithilfe einer mechanischen Vorrichtung aus der Luft gezogen werden. Das entspräche in etwa dem CO2-Ausstoß von rund 250.000 Autos oder der „Fotosynthese-Arbeit“ von etwa 40 Millionen Bäumen.

Die Versuchsanlage des Unternehmens in Squamish (British Columbia) produziert bereits den ökologischen Kraftstoff mit der „Air to Fuels“-Technologie. Dort wird das Kohlendioxid einer Reihe von chemischen Prozessen unterzogen, um seine Konzentration zu erhöhen, es zu reinigen und zu komprimieren, damit es in gasförmigem Zustand transportabel und lagerfähig wird. Dabei wird das Salz aus der Lösung in einem Reaktor in kleine Pellets umgewandelt, die dann in einem Kalzinator erhitzt werden. Das dabei freiwerdende CO2 reagiert dann mit Wasserstoff.

Sauberer Dieselkraftstoff mit neuer Struktur

Auch in Deutschland tüftelt man unermüdlich an synthetischen Kraftstoffen. Heion hat einen umweltschonenden Dieseltreibstoff entwickelt, indem die Molekularstruktur verändert werden. Das Geheimnis ist der Reaktor, in dem das Wasser sowie der Diesel zusammengeführt werden und unter einem genau definierten Druck zu einem speziellen Zeitpunkt eine Synthese der beiden Stoffe erfolgt. Das Resultat ist ein sauberer Diesel.

„Wir radikalisieren zuerst die chemische Struktur des Diesels mit anschließender Stabilisierung durch Veresterung oder Verätherung“, erklärt Andreas Heine, Gründer und CEO von Heion Diesel. Um die Struktur eines Dieselkraftstoffs zu verändern, sind normalerweise viel Energie, eine hohe Temperatur oder ein hoher Druck nötig. Das soll bei diesem Kraftstoff nicht der Fall sein. Die Energie für die Herstellung des neuen Diesels stammt aus der chemischen Reaktion der beiden Ausgangsstoffe. Die zentrale Idee hinter dem Verfahren, mit dem lange Kohlenwasserstoff-Moleküle in kurzkettige umgewandelt werden, ist die so genannte Kavitation.

Erste Versuchsläufe klingen vielversprechend. Bei Tests mit einem Mercedes 350D (Baujahr 1993, ohne Katalysator) emittierte der Motor 75 Prozent weniger Rußpartikel und etwa 30 Prozent weniger Stickoxide. Bleibt noch die Frage nach den Kosten.

„Für den Betrieb unseres Reaktors, der 5.000 Liter am Tag produziert, benötigen wir etwa so viel Strom pro Stunde wie ein Staubsauger“, verdeutlicht Andreas Heine. Bei einer Großserien-Produktion würde man vermutlich die Reaktoren in Serie schalten. Ein weiterer Vorteil der Herstellung des umweltfreundlichen Diesels ist, dass der Sprit problemlos in bestehende Distributionsketten eingefügt werden kann. Der Kraftstoff hat harte Tests, bei denen der Dieselmotor durch die Reduzierung der Ansaugluft zum harten Klopfen gebracht wurde, bestanden. Die Experten der „MiBö Prüfmotorentechnik Teile GmbH“ bescheinigen dem Kraftstoff jedenfalls geringere Rußverunreinigungen als bei konventionellem Diesel.

Synthetische Kraftstoffe aus Sachsen

„Wir sind technisch marktreif, kostengünstig und verhandeln bereits mit den ersten größeren Unternehmen. Wir bieten einen Quickwin eine Zwischenlösung, bis andere Konzepte greifen“, sagt Heine, der im Sommer die erste Heion-Tankstelle in Betrieb nehmen will. Allerdings beklagt Heine einen Mangel an Unterstützung seitens der Politik: „Wir bekommen politisch eher wenig Unterstützung, eigentlich keine. Unser Diesel scheint nicht gewollt zu sein.“ Zu sehr scheint man sich in Berlin auf die batteriebetriebene Elektromobilität zu versteifen.

In das gleiche Horn stößt Sunfire in Dresden – auch das 2010 gegründete Elektrolyse-Unternehmen hat sich die klimaneutrale Mobilität auf die Fahnen geschrieben. „Die Bundesregierung sollte sich in der nationalen Umsetzung der Erneuerbare-Energien-Richtlinie II (RED II) für eine Gleichbehandlung von E-Fuels und fortschrittlichen Biokraftstoffen einsetzen“, lässt das Dresdener Unternehmen verlauten.

Das Unternehmen tüftelt schon seit einigen Jahren an synthetischen Kraftstoffen, das hat unter anderem das Interesse des Erdölkonzerns Total geweckt. Sunfire hat sich auf die Hochtemperaturelektrolyse spezialisiert, mit der durch Einsatz von Ökostrom, Wasser und CO2 zunächst synthetisches Gas produziert wird, das anschließend in weiteren Schritten (Fischer-Tropsch Verfahren) in synthetischen Kraftstoff umgewandelt werden kann.

Sunfire hat nach eigenen Angaben einen Weg gefunden, um das Synthesegas in einem einzigen Schritt und mit einem Wirkungsgrad von etwa 80 Prozent herzustellen. Damit sollen die Investitions- und Betriebskosten für Power-to-X-Projekte deutlich sinken. In der „Tank to wheel“-Betrachtung – von der Tankstelle bis zur Verbrennung des Kraftstoffs im Motor – soll man auf eine Gesamteffizienz von immerhin 21 Prozent kommen. Das wäre dann fast schon auf dem Niveau eines Dieselantriebs (24 Prozent).

Jede Menge Ökostrom in Norwegen

Ein wichtiger Stellhebel ist auch bei diesem Verfahren der elektrische Strom, der hierzulande aufgrund der hohen Abgaben und Steuern einfach zu teuer ist. Deswegen zieht es das Dresdner Unternehmen jetzt nach Norwegen, wo Erneuerbare Energien aus Wind und Wasserkraft fast im Überfluss vorhanden sind und der Strompreis derzeit noch deutlich niedriger ist als in Deutschland (28 zu 31 Cent pro Kilowattstunde. Zumal laufen in dem skandinavischen Land bereits Pilotanlagen, die den Öko-Kraftstoff herstellen. Bei Sunfire könnte man sofort loslegen: „Die Technologie liegt reif in der Schublade, die Infrastruktur ist vorhanden, ausreichend Ökostrom ist in Norwegen vorhanden“, erklärt ein Sprecher des Unternehmens. Allerdings hake es nach wie vor an den unzureichenden politischen Rahmenbedingungen. 

Immerhin scheint der Öko-Sprit inzwischen auch hierzulande mehr Fürsprecher zu finden: Wie es im Koalitionsvertrag „Mehr Zukunft wagen“ der Regierungs-„Ampel“ aus SPD, Grünen und FDP heißt, werde man sich „außerhalb des bestehenden Systems der Flottengrenzwerte“ dafür einsetzen, dass „nachweisbar nur mit E-Fuels betankbare Fahrzeuge“ auch dann noch neu zugelassen werden können, wenn voraussichtlich ab 2035 in Europa nur noch CO2-neutrale Neuwagen verkauft werden dürfen.

Die europäische E-Fuel-Alliance mit der früherin Greenpeace-Aktivistin Monika Griefahn an der Spitze wittert seitdem Morgenluft.

(Mit Ergänzungen von Franz W. Rother u.a.)